ドローンに関するMarvelmindのその他のサポート情報
ドローン向け推奨屋内RTLS - クイックヒント
Marvelmind屋内「GPS」システムが初めてで、何を選べばよいかわからない場合は、Starter Set Super-MPをお選びください。MPはmulti-purpose（多目的）の略で、最も安心できる選択肢です。
詳細については、以下の推奨オプションをご参照ください。
何を選べばよいか、あるいはどのような実験を行うかがはっきりしていないが、最大限の柔軟性と性能を同時に確保したい場合に、総合的に最良かつ最も安心できる選択肢です。
Super-BeaconにはPixHawkへの接続用の2ピンがすぐに使えるため、PixHawkに接続する必要がある場合に最適な選択肢です。詳細はこちら。
このセットはマイクロドローン（100g未満）向けに設計されています。Mini-TXモバイルビーコンは小型軽量で、固定ビーコンまでの到達距離は15〜20mあり、ほとんどの実用的なケースに十分です。
「Starter Set Super-MP-3D + Super-Beacon、ドローン上での位置+方向の取得」オプションの上位版です。
物理的には2台の追加固定ビーコンで構成されるPrecise-Zにより、Zのすべての範囲で正確なZ座標を取得できます。詳細：配置マニュアル、Precise-ZスライドおよびZ座標とビーコン配置に関するビデオ解説。
ドローンおよびクアッドコプターでのMarvelmind屋内「GPS」の活用
DJIドローンの屋内自律飛行
DJIドローンは世界で最も人気のあるドローンです。屋内でのDJIドローンについては、専用ページがあります：DJIドローンを屋内で自律飛行させるには？
DJIのエコシステムは、少なくともPhantomおよびMavicシリーズについては閉鎖的です。そのため、Phantomの追跡は可能ですが、（より深いハッキングを行わない限り）屋内での自律飛行はできません。
DJIとPixhawkの選び方については、こちらをご覧ください。
Marvelmind DJIドローン →
Marvelmind屋内「GPS」はArduPilotおよびPX4搭載のPixHawkをサポート
Marvelmind屋内「GPS」は、ArduPilot搭載PixHawkとPX4の両方をサポートしています：
Marvelmind屋内「GPS」とPixHawkを組み合わせることが、屋内で自律飛行を実現する最も簡単かつ迅速な方法です。
小型自律ドローン向け屋内測位システム
小型ドローン向けの屋内測位システムは、より大型のドローン向けのものや、その他の3D（XYZ）屋内測位システムと大きな違いはありません。
唯一の特徴は、ドローンに搭載するモバイルビーコン（タグ）の重量です。これは、シェルの取り外し、バッテリーの取り外し、または非常に軽量なバッテリーへの交換を行う、Mini-TXの簡略版を使用することで解決されます。
また、小型ドローンは基本的な機能しか持たないことが多く、たとえばPixhawkなどのオンボードコンピューターやオートパイロットを搭載していません。すべての制御はグラウンドステーションから行われます。ただし、例外もあります。
小型ドローンの詳細を見るドローンショーおよびドローン群向け屋内測位システム
ドローン群やドローンショーでは、数十台から数百台ものドローンが使用されることがあります。屋外で飛行する場合、RTK GPSは非常に優れた性能を発揮します。しかし、RTK GPSは屋内では機能しません。屋内やその他のGNSSが使えない環境に入った途端、GPS（GLONASS、Beidou、Galileoなど）は使えなくなります。
ドローン向けの典型的な屋内測位システムではNIAが使用されます。NIAではモバイルビーコンが超音波を発信しますが、この場合、サポートできるドローンの実用的な台数は1〜8台です。NIAでは、ドローン1台あたりの位置更新レートがドローンの台数に比例して低下するためです。
数十台規模の屋内ドローン群にはIAを使用する必要があります。ただし、IAではモバイルビーコンが超音波を受信するため、プロペラのノイズに対処し、システムを正常に機能させるための特別なソリューションが必要です。ソリューションの詳細はこちら。
広い開放空間で屋内ドローン1台をトラッキングすることは非常に簡単です。Starter Set Super-MPまたはStarter Set NIA-SmallDroneを使えば、受け取ったばかりのセットでも、開梱とソフトウェアのアップデートを含めて10〜15分で高精度3Dトラッキングシステムを構築できます。セットアップ前にすべての初期ソフトウェアアップデートを済ませておけば、1分未満でシステムを展開できます。
自律飛行は、ドローンを正確にトラッキングし、通常は複数のパーツ（シャーシ、モーター、モータードライバー、テレメトリー、リモートコントロール）で構成されるドローン/シャーシとそのオートパイロットを統合する必要があるため、はるかに複雑なタスクです。さらに、上述のとおり、オートパイロットを屋内測位システムと統合する必要があります。
単一ドローンの自律飛行が難しいタスクだとすれば、ドローン群による自律飛行は、この複雑さのピラミッドの頂点です。さらに困難ではありますが、一歩ずつ進めれば実現可能です。
小型ドローンは小さすぎ、大型ドローンは大きすぎる
多数の小型ドローンで素晴らしいショーができれば理想的です。しかし：
- バッテリーサイズ、ショー時間、ドローンサイズのトレードオフ
- オートパイロットと屋内測位システムには無視できない重量があります。ドローンのサイズには下限があります
- ドローンには方向が必要です。方向は、ドローン上の2点以上の位置情報で最もよく得られ、離れているほど角度精度が向上します
ドローンが大きすぎる場合：
- 間隔を保つことが難しくなります。ドローン間のより大きな安全距離が必要となり、その結果、ショーにはより広いスペースが必要になります
- 大型ドローンは重く、騒音が大きく、より危険です。騒音や保護ネットが、ショーの構想全体を台無しにしかねません
ドローンに「自分だけが飛んでいる」と思わせる
多くの場合、複数のドローンの自律飛行を、周囲に他のドローンがいることに気づかないように設定できます。各ドローンは、自分こそが唯一無二の特別な存在だと信じています。この素朴な思い込みを保たせておくのが得策です。それがドローン群を実現する最もシンプルな方法だからです。
上述のとおり、まず決めるべきことは、ペアードビーコンに基づく方向情報が必要かどうかです。必要な場合は、ドローン1台につきモバイルビーコンが2つ必要です。不要な場合は、ドローン1台につきモバイルビーコン1つで済みます。
屋内ドローンショー向け推奨構成
IAでは、ドローン1台あたりの位置更新レートはドローンの台数に依存しません。大規模なドローン群でも1台あたり8〜20 Hzです。プロペラノイズは、シャープなDSPフィルター、プロペラより上に配置したマイクロフォン、専用の超音波デフレクターによって克服されます。特にノイズの大きいドローンで、ドローンが8台程度までの場合は、MF NIAが引き続き有力な代替手段です
自動スキャン・点検のための自律型ドローン
倉庫点検、自動バーコードスキャン、RFID読み取りを主な目的とした自律型ドローンや、自律型屋内ドローン向け屋内測位システムに関するご要望を、毎週いただいています。
このタスクには間違いなく確かなニーズがあり、ドローンを使って実現することへの強い関心があります。
実際のアプリケーション向けにこのようなシステムを構築することは複雑ですが、実現可能な課題です。実装の詳細について説明しましょう。
ソリューションの脆弱性が最も重大な実用上の懸念事項です。ただし、解決策や、堅牢な代替案も存在します。
自動スキャンソリューションの詳細を見る
クアッドコプター向け屋内測位システムを正しく構築する
屋内飛行を成功させるために考慮すべき、シンプルながら重要な要素がいくつかあります：
屋内・屋外の自律コプター/ドローンで屋内「GPS」システムを使用するための、基本的かつ実践的な推奨事項
さまざまなアプリケーションや構成で最高のパフォーマンスを得るために、Marvelmind屋内「GPS」システムを取り付ける方法に関する実践的なアドバイスと例
良好なZ精度を得るために固定ビーコンを適切に配置する方法を解説したYouTube動画です。環境の制約により、4+2台の固定ビーコンによるPrecise Z構成を使用できないためにこのアドバイスが使えない場合もあるでしょう。なお、この構成は上級ユーザー向けであり、飛行エリアの上方に設置する、はるかに基本的で堅牢かつさらに高精度な固定ビーコン4台のセットアップが使用できない、または現実的でない場合にのみ推奨されることをご留意ください
自律型ドローン着陸パッド
ドローン用の自律着陸プラットフォームを構築できます。移動式にすることも可能です：
- プラットフォームの端に、上向きの固定Super-Beaconを4台設置します。プラットフォームが大きいほど、距離の精度が向上します
- 下向きのモバイルSuper-Beaconを2台設置します
ドローンは、プラットフォームから遠い場合（最大30m）、通常のRTK GPS、あるいはGPSを使用して飛行します。屋内「GPS」の座標にロックされ、その座標に基づいて着陸します。前述のとおり、プラットフォームは地面に対して静止していても、移動していても構いません。ドローンにとっては関係ありません。そのため、たとえば移動中の車両にも正確に着陸できます。
屋内ドローン測位システムへの要件
各種スターターセットのオプションについては、製品ページをご参照ください。
3D（XYZ）トラッキングの場合、固定ビーコンが3台だけでは、障害物に対する耐性がほとんどないことにご留意ください。いずれかの固定ビーコンが遮蔽され、視線/音声経路が確保できない状況になると、GPSと同様に、トラッキングができなくなるか、誤ったトラッキングになります：「衛星が見えない = GPS座標なし = トラッキング不可」。
そのため、固定ビーコンには少なくともN+1の冗長性を推奨します。これが、当社の3D対応スターターセットに固定ビーコンが4台含まれている理由です。
さらに望ましいのは、3Dのサブマップを完全に重複させた2N冗長性です。固定ビーコンは3+3台または4+4台になります。システムが自動的にトラッキングに最適なサブマップを選択します。このようなシステムは非常に耐障害性が高く、ビーコンを適切に配置すれば、たとえば柱のある複雑な部屋でも、トラッキングの問題なく飛行できます。
優れたトラッキングの鍵は、あらゆる飛行ポイントで適切なカバレッジを確保することです。つまり、ドローン上のモバイルビーコンから、同一サブマップに属する3台以上の固定ビーコンに対して、30m以内で遮るもののない直接の視線/音声経路が確保されている必要があります。
適切な配置は、通常、ドローンにとって鍵であり不可欠です。何に注意すべきでしょうか？
代替技術：UWB、光学、モーションキャプチャーシステム
UWBベースのシステム
UWBベースの屋内ドローン測位システムは、原理的にはMarvelmind屋内「GPS」と大きく異なりません。もちろん、基盤となる技術は異なります（超音波の飛行時間と、UWBの飛行時間）。しかし、アーキテクチャとネットワーク要素は非常によく似ています。
UWBとMarvelmind屋内「GPS」の実際上の違い：
- UWBの精度は超音波の約10分の1です。つまり、ドローンは空中で安定しにくくなります
- ただし、UWBは原理的にドローンの音響ノイズの影響を受けません
- UWBは原理的に、より多くのドローンを同時にサポートできます。UWBが実際により多くのドローンをサポートできるかどうか、およびドローン1台あたりの更新レートは、UWBシステムの実装に依存します。IAベースのシステムは、容量の面でUWBベースのシステムに容易に匹敵し、精度の面では10倍上回ることができます
光学システム：周囲のQRコード
潜在的なシンプルさから、ますます人気が高まっています：
- カメラが床のQRコード（またはその他の特殊パターン）を下向きに捉えます。QRコードは位置と方向の両方を提供します
- より便利な場合は、QRコードをドローンの上方（天井）に設置することもできます
- QRコードをドローンの周囲に配置することもできますが、その場合は複数のカメラまたは特殊な「魚眼」カメラが必要です
メリット：比較的低コストの測位システム。周囲にアクティブビーコンが不要。
デメリット：周囲にQRコードが必要で、望ましくない場合や設置が不可能な場合もあります。特殊な照明への要件。三角測量ベースのシステムであるため、QRコードは密に、かなり近くに配置する必要があり、そうでないと位置精度が低下します。
代替案をご検討ください：自律型ドローン着陸パッド。
モーションキャプチャーベースのシステム
非常に印象的なドローンショーを見ると、ドローンはとても賢いのだと思い込まされます。しかし、その見方は大きな誤解です。セットアップの要は測位システムであり、ドローンではありません。ドローンはむしろ単純です。自分が追跡されていることすら認識していません。さらに、追跡システムからの位置データに基づいて完全にリモートで制御されています。つまり、さらに単純です。しかし、それで構いません。パフォーマンスが印象的で真に見事であれば、どのように達成されたかは重要ではありません。
- 高速・高解像度の赤外線カメラ、カメラと中央コンピューター間の大量のデータ接続（ケーブル配線）、高価な高性能コンピューター、特殊な赤外線照明が必要なため、高価または非常に高価です
- 位置が三角測量に基づくため、カバーエリアが自然と限られ、通常は10x10m程度に制限されます
- 良い点としては、ドローン上のトラッカーが軽量かつパッシブで、単なる光反射板であることです
Marvelmind屋内「GPS」を使用したドローンの高精度屋内測位・トラッキング・ナビゲーションの実装例
DJI Phantomクアッドコプターの屋内3D（XYZ）高精度（±2cm）トラッキング
- X、Y、Z軸の高精度トラッキング（XYビュー + XZビュー + YZビュー）
- DashboardのPlayerからの生データと後処理データです。現在、同様の機能は後処理ではなくリアルタイムプレーヤーで利用できます
- DJIのエコシステムは、少なくともPhantomおよびMavicシリーズについては閉鎖的です。そのため、Phantomの追跡は可能ですが、（より深いハッキングを行わない限り）屋内での自律飛行はできません
- DJIドローンの屋内自律飛行の詳細はこちら
DJI Phantomクアッドコプターの屋外3D（XYZ）高精度（±2cm）トラッキング
- XYZ高精度（±2cm）トラッキング（XYビュー + XZビュー + YZビュー）、上記と同様ですが屋外で実施
- 4+2台の固定ビーコンで構成される同じPrecise-Z構成が、このデモと上記のデモで使用されています。詳細は配置マニュアルをご覧ください
- DJIドローンの屋内自律飛行の詳細はこちら
屋内完全自律飛行
小型コプターがMarvelmind屋内「GPS」を頼りに完全自律飛行しています
小型・マイクロドローンの屋内追跡
Mini-TXビーコンを使用すれば、マイクロドローン（100g未満）でも追跡が可能です。
Starter Set NIA-SmallDroneは、この種のドローン専用に設計されています。
ドローン追跡の最小構成は、3D対応のNIAセットであれば何でも構いません。たとえば、固定ビーコン3台 + モバイルビーコン1台 + モデム1台と、非逆アーキテクチャ（NIA）または多周波NIA（MF NIA）でも、すでにドローンに対応できます。
倉庫点検用ドローン
倉庫点検にドローンを使用することは非常に人気があります：紛失パレットの発見、セキュリティなど。たしかに実現可能なタスクですが、実際には非常に複雑です：
- 全般的に非常に難しい環境
- ドローンは墜落・破損し、エラーのコストが高い
- ドローンの飛行は潜在的に危険であり、開発・運用が困難
それでも、このソリューションは有望です。そのため、ドローンメーカーや倉庫システムのメーカーが、このようなソリューションに当社の屋内測位システムを使用しています。動画では、環境の特殊性（狭い通路と高い棚）、その特殊性が精度に与える影響、そしてシステムを最適に構築する方法について説明しています。
